Resistive crack-based nanoparticle strain sensors with extreme sensitivity and adjustable gauge factor, made on flexible substrates

Aslanidis, Evangelos; Skotadis, Evangelos; Tsoukalas, D.

doi:10.1039/d0nr07002e

Cited by 46 publications

(62 citation statements)

References 49 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…[ 36–39 ] Owing to high sensitivity at room temperature and flexibility, crack‐based strain sensor exhibits a promising aspect in flexible electronic and intelligent systems. [ 40–45 ] In 2014, inspired by crack‐shaped organs of spider, Zhao et al., first reported a crack‐based strain sensor with ultrahigh gauge factor of 2000 at 2% strain. [ 39 ] Although remarkable progress has been made in this field, current crack sensors are used in tactile sensing and there are few reports for crack sensor with non‐contact sensing and magnetic respond properties.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Magnetic‐Sensitive Crack Sensor with Ultrahigh Sensitivity at Room Temperature by Depositing Graphene Nanosheets upon a Flexible Magnetic Film

Huang

et al. 2021

Adv Elect Materials

View full text Add to dashboard Cite

Flexible magnetic field sensors attract significant interests in magnetic detection and flexible electronics. However, two challenges, low sensitivity, and limited working range, impede their practical application. Herein, a new type of magnetic‐sensitive crack sensor (M‐CS) by depositing graphene nanosheets upon a flexible magnetic film through a facial infrared drying technique is reported. The M‐CS exhibits an ultrahigh sensitivity (relative resistance change up to 4.0 × 1010) toward a moderate magnetic field of 43 mT at room temperature. In addition, the M‐CS shows a long cycling stability over 10 000 cycles. Such a superior sensitivity is attributed to physically cutting/recovering the pathways of electron transport through nanosheets’ separation/contact. Diverse experimental parameters, such as the concentration of graphene solution and the thickness of bottom magnetic substrates, have been tailored to improve the magnetic sensitivity of M‐CS. Furthermore, the array of M‐CSs with different relative resistance change can be used as the cipher key to recognize aimed magnetic signal without contact. It is believed that the M‐CS with an ultrahigh magnetic sensitivity at operational condition and long‐term stability could benefit the development of magneto‐sensitive sensors, and exploit the application of 2D materials in flexible electronic devices.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Magnetic‐Sensitive Crack Sensor with Ultrahigh Sensitivity at Room Temperature by Depositing Graphene Nanosheets upon a Flexible Magnetic Film

Huang

et al. 2021

Adv Elect Materials

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In particular sensors with a 20nm thick alumina film show a GF of 7998 for strains up to 4.17% and a colossal GF of 2.6x10 8 for strain up to 7.2% (Fig. 5.11c), which is the highest sensitivity that has ever been reported [48]. The performance of the sensor can be better understood if the SEM images of Fig.…”

Section: Dense Np Sensormentioning

confidence: 90%

“…Last but not least, the devices are cost competitive since they are produced using processing steps like ALD and sputtering which are compatible with batch fabrication. This work was published in the scientific journal Nanoscale [48].…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

“…4% strain e) 0.9% strain and f) 0.4% strain. [48] Finally, 1000 cycles of strain up to 1.12% were submitted to the sensors as fatigue tests, as in the case of sparse nanoparticle sensors. The results shown in Fig.…”

Section: Dense Np Sensormentioning

confidence: 99%

“…The maximum shift in ΔR/R% (between first and last strain cycles) was 1%, 2.7% and 3.4% for sensors with 6, 10 and 20 nm alumina thickness respectively. [48] Table 5.2 summarizes sensors' sensitivities for both sparse and dense nanoparticles and for all alumina thicknesses.…”

Section: Dense Np Sensormentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Nanoparticle sensor arrays on flexible substrates

Ασλανίδης¹

View full text Add to dashboard Cite

Το κύριο αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη και μελέτη λειτουργίας εύκαμπτων αισθητήρων παραμόρφωσης με βάση μεταλλικά νανοσωματίδια πλατίνας. Επιπλέον, παρουσιάζεται πώς αναπτύχθηκαν λεπτά φιλμ από Al2O3 (αλουμίνα) από την τεχνική εναπόθεσης ατομικής στρώσης (Atonic Layer Deposition ALD) για την προστασία των αισθητήρων από την υγρασία. Πραγματοποιήθηκε μελέτη σχετικά με τα χαρακτηριστικά των αισθητήρων παραμόρφωσης πριν και μετά την απόθεση της αλουμίνας. Επιπρόσθετα, η ήδη υπάρχουσα θεωρία που περιγράφει τη συμπεριφορά των αισθητήρων παραμόρφωσης βασισμένων σε νανοσωματίδια, εμπλουτίστηκε προκειμένου να συμπεριλάβει και τα νανοσωματίδια που φτιάχνονται με ιοντοβολή. Καθ 'όλη τη διάρκεια της μελέτης, προσδιορίστηκε με επιτυχία το κρίσιμο πάχος του φιλμ αλουμίνας για την απομόνωση και την επαρκή προστασία των νανοσωματιδίων από την υγρασία. Εκτός από αυτό, αναπτύχθηκε μία προσομοίωση Monte Carlo, που γράφτηκε στο Matlab, για να προβλέψει τις ευαισθησίες διαφόρων φιλμ νανοσωματιδίων υπό παραμόρφωση. Η προσομοίωση είναι ικανή να προβλέψει την ευαισθησία στην παραμόρφωση για διαφορετικές διαμέτρους (μεγέθη) νανοσωματιδίων καθώς και για διαφορετικές επιφανειακές καλύψεις, και αναδύεται ως ένα ισχυρό υπολογιστικό εργαλείο για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση συσκευών με βάση νανοσωματίδια. Η προσομοίωση θα μπορούσε να επεκταθεί και σε άλλα νανοσύνθετα υλικά που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές με εύκαμπτα ή ελαστικά ηλεκτρονικά. Επιπλέον, παρουσιάζονται κάποιοι εξαιρετικά ευαίσθητοι εύκαμπτοι αισθητήρες παραμόρφωσης που σχηματίστηκαν από ένα δίκτυο μεταλλικών νανοσωματιδίων πάνω από ένα ραγισμένο λεπτό φιλμ αλουμίνας. Η ευαισθησία των αισθητήρων εξαρτάται από την πυκνότητα της επιφάνειας των νανοσωματιδίων καθώς και από το πάχος της αλουμίνας. Και οι δύο παράμετροι μπορούν να ελεγχθούν πολύ καλά μέσω των τεχνικών εναπόθεσης. Οι αισθητήρες έδειξαν την μεγαλύτερη ευαισθησία που είχε δημοσιευθεί, έως την ημέρα τις συγγραφής, της τάξης των 2,6 x Ε8. Αυτή η τιμή επιτεύχθηκε από τους αισθητήρες για παραμορφώσεις έως 7,2%, ενώ παράλληλα εμφάνισαν υψηλή ευαισθησία σε μεγάλο εύρος παραμορφώσεων από 0,1% έως 7,2%. Η ανάλυση ακολουθείται και από μια συζήτηση που φωτίζει τη φυσική κατανόηση της λειτουργίας του αισθητήρα, η οποία επιτρέπει τον συντονισμό της απόδοσής του σύμφωνα με τις παραπάνω παραμέτρους. Τέλος, αναπτύχθηκε μια διάταξη από αισθητήρες παραμόρφωσης πάνω σε ένα γάντι που μετρήθηκαν από ένα προσαρμοσμένο κύκλωμα. Οι μετρήσεις του κυκλώματος συγκρίθηκαν με μετρήσεις από ένα Keithley 2400 και βρέθηκαν να είναι πολύ ακριβείς στο εύρος λειτουργίας του κυκλώματος.

show abstract

Ultra‐Robust and Sensitive Flexible Strain Sensor for Real‐Time and Wearable Sign Language Translation

Luo

Song

et al. 2023

Adv Funct Materials

View full text Add to dashboard Cite

Flexible strain sensors with high sensitivity and high mechanical robustness are highly desirable for their accurate and long‐term reliable service in wearable human‐machine interfaces. However, the current application of flexible strain sensors has to face a trade‐off between high sensitivity and high mechanical robustness. The most representative examples are micro/nano crack‐based sensors and serpentine meander‐based sensors. The former one typically shows high sensitivity but limited robustness, while the latter is on the contrary. Herein, ultra‐robust and sensitive flexible strain sensors are developed by crack‐like pathway customization and ingenious modulation of low/high‐resistance regions on a serpentine meander structure. The sensors show high cyclic stability (10 000 cycles), strong tolerance to harsh environments, high gauge factor (>1000) comparable with that of the crack‐based sensor, and fast response time (<58 ms). Finally, the sensors are integrated into a wearable sign language translation system, which is wireless, low‐cost, and lightweight. Recognition rates of over 98% are demonstrated for the translation of 21 sign languages with the assistance of machine learning. This system facilitates achieving barrier‐free communication between signers and nonsigners and offers broad application prospects in gesture interaction.

show abstract

Resistive crack-based nanoparticle strain sensors with extreme sensitivity and adjustable gauge factor, made on flexible substrates

Abstract: In this paper, we report the demonstration of highly sensitive flexible strain sensors formed by a network of metallic nanoparticles (NPs) grown under vacuum on top of a cracked thin alumina film which has been deposited by atomic layer deposition.

Cited by 46 publications

References 49 publications

Magnetic‐Sensitive Crack Sensor with Ultrahigh Sensitivity at Room Temperature by Depositing Graphene Nanosheets upon a Flexible Magnetic Film

Magnetic‐Sensitive Crack Sensor with Ultrahigh Sensitivity at Room Temperature by Depositing Graphene Nanosheets upon a Flexible Magnetic Film

Nanoparticle sensor arrays on flexible substrates

Ultra‐Robust and Sensitive Flexible Strain Sensor for Real‐Time and Wearable Sign Language Translation

Contact Info

Product

Resources

About